西北旱区流域尺度水资源转化规律及其节水调控模式研究

西北旱区流域尺度水资源转化规律及其节水调控模式研究

康绍忠1，^[1]杜太生1，粟晓玲2，冯绍元1，佟玲1，沈清林3，石琣泽4，霍再林1，彭治云5，刘树波6，杨秀英7

（1.中国农业大学中国农业水问题研究中心，北京，10083；2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西养凌，712100；3.甘肃省水利厅石羊河流域管理局，甘肃武威，733000；4.甘肃省武威市水务局，甘肃武威，733000；5.甘肃武威市农业技术推广中心，甘肃武威，733000；6.武汉立方科技有限公司，湖北武汉，430074；7.甘肃省武威市节约用水办化公室，甘肃武威，733000）

【摘　要】为了解决西北旱区流域尺度水资源问题，本文以甘肃石羊河流域为例，通过室内实验与野外试验相结合、理论研究与技术开发应用等多方面的结合，系统探索了石羊河流域水资源合理配置与节水农业发展模式，取得了创新性的研究成果。项目研究了旱区流域尺度水资源转化与高效利用的理论与方法，提出了流域水资源合理调配与农业高效用水控制指标体系，构建了主要农作物节水优质高效灌溉综合技术体系，集成了不同类型区域的农业高效节水综合技术模式；通过建立流域水资源合理稍调控与高效利用的保障制度，研制相应控制设备，完善了农业高效用水保障工程；同时开发了基于CIS的流域水资源信息管理与决策支持系统，使流域下游民勤盆地局部生态环境得到明显改善，取得了显著的经济、社会与生态效益。

【关键词】水资源转化，合理配置，作物耗水，节水调控，石羊河流域

The Laws of the Basin Scale Water Resources

Transformation an the Water Saving

Pattern in Northwest Arid Area

Kang Shaozhong1 Du Taisheng1 Li Xiaoling2

Feng Shaoyuan1 Tong Ling1 Shen qinglin3 Shi Peize4

Huo Aailin1 Peng Zhiyun5 Liu Shubo6 Yang Xinying7

(1.Center for Agricultural Water Research in China, China Agricultural University, Beijing

100083,China; 2. College of Water Resources an Architectural Engineering, Northwest Agriiculture & Foresty University, Yangling Shaanxi, 712100, China;3.Shiyang Rives Basin Authority, Department of Water Resources of Gansu Province, Wuwei Gansu, 733000,China;4. Water Authority,Wuwei Gansu,733000,China;5.Agricultural Technology Promotion Center, Wuwei Gansu, 733000,China;6. Wuhan Lifang Technology Co., Ltd., Wuhan Hubei, 430074,China;7. Water Conservation Office, Wuwei Gansu,733000, Chian)

【Abstract】In order to solve the problems of basin scale water resources in northwest arid area, Shiyang River Basin was took as an example, the rational allocation of Shiyang River Basin's water resources and water-saving agricultural development pattern were discussed systematically by means of laboratory experiments, field experiments, heoretical research, technology development application an so on. Therefore,innovative research results had gained. The theories and methods of basin scale water resources transformation and efficient use were discussed. Rational allocation of water resources and index system of agriculture efficient water use were put forward. Efficient irrigation and water-saving integrated technology system of main crops were built. Some technollgy modes of different types of regional agricultural efficient water-saving were integrated. The security project of agricultural efficient water-using were improved through the security system's establishment of water resources reasonable control and efficient use and the development of appropriate control equipments. A new system based on GIS about information management and decision-making of river basin water resources was built, which improved the local environment signisficantly in the rives basin's downstream-Minqin Basin, and also made significant economic, social and ecological benefits.

【Key words】transformation of water resources; rational allocation; crop water consumption; water-saving and water-control; Shiyang River Basin

1.引　言

水资源短缺和生态环境恶化已成为制约我国西北内陆河流域社会经济可持续发展的核心。内陆河流域有限的水资源承载了过多的人口及经济活动，使水循环过程发生了深刻变化，进而影响受水控制的生态系统，带来生态环境的巨大改变。石羊河流域是西北内陆干旱区典型的水资源紧缺区域之一，位于河西走廊东部，乌鞘岭以西，祁连山北麓，总面积4.16万km2。该流域属大陆性温带干旱气候，太阳辐射强、日照充足；夏季短而炎热，冬季长而寒冷；温差大，降水少，蒸发强烈，空气干燥。流域主要分属武威、金昌两市，武威市以发展农业为主，金昌市是我国著名的有色金属生产基地^[1]。2003年全流域总人口222.89万人，耕地面积37.12万hm2，农田灌溉面积30.00完hm2。流域多年平均自产地表水资源量15.75亿m3，与地表水部重复的地下水资源量1.1亿m3。自产水资源总量16.85亿m3。亩均水资源300m3，人均水资源743m3，远低于全国亩均1476m3和人均2135m3的水平。2003年全流域实际用水量28.77亿m3，人均水资源743m3，远低于全国亩均1476m3和人均2135m3的水平。2003年全流域实际用水量28.77亿m3，其中农业灌溉、林牧渔、工业、城市生活以及农村生活用水量分别占总用水量的86.4%、4.5%、5.4%、1.6%和2.1%。水资源开发利用率高达170%（含重复利用），高于国际公认的，在影响生态环境的河道水资源开发利用率不应超过40%的标准。即使在外调水101亿m³和地下水超采4.32亿m³的情况下，仍然现状年缺水1.98亿m^3［1］。石羊河流域是甘肃河西内陆河流域人口最多、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重、水资源对经济社会发展制约性最强的流域。随着人口增长和经济社会发展，水资源过度开发利用，流域水资源严重超载，经济用水挤占生态用水，使得进入下游民勤绿洲的水量逐年锐减，致使下游地下水位下降，植被衰退，绿洲萎缩，进而引起土地沙漠化、荒漠化、盐碱化等一系列生态环境问题，威胁着流域的可持续发展，危及当地人们的生存。如何通过水资源的合理配置与有效保护以及实施高效用水，实现生态系统良性循环及经济社会的可持续发展，已成为该流域目前最紧迫的任务。

2.研究的总体思路与目标

2.1　总体思路

内陆河流域水资源及水文循环过程，是决定流域经济结构、土地利用和生态环境状况的主导因素。流域地表水与地下水资源多次相互转化，使水资源能够多次重复利用，改变了水资源的转化与利用的格局，并影响受水控制的生态系统。水资源合理配置和节水农业建设必须考虑流域水资源转化关系和水资源利用格局的变化。研究的总体思路是:以石羊河流域为研究区，针对过去只注重考虑局部节水效应，不考虑上下游水转化关系，就节水谈节水的状况，在强调考虑流域水循环过程和生态需水的基础上，科学确定全流域不同地区适宜的农业节水模式；针对过去盲目追求高标准渠道防渗的状况，强调减少全流域作物总耗水ET和提高真实节水WUE，更加关注农艺与生物节水在解决流域缺水问题中的作用；针对过去单纯考虑节水的经济效应，强调区域节水后的生态环境效应评价^［2］。

2.2　研究目标

总体目标是以认识流域尺度水资源消耗转化规律，进行面向生态的水资源合理配置，建立农业高效用水新模式，开拓作物高效节水调控新途径，减少奢侈耗水、提高灌溉水利用效率与效益。具体目标包括:

（1）在深刻认识石羊河流域水循环过程和各界面相互反馈关系的基础上，建立能定量描述当地水循环过程的动力学模式，力求反映节水灌溉和植被生产力提高对区域水循环过程的影响；

（2）获得流域尺度水循环改变与生态环境变化的定量关系，建立流域水循环改变所导致的生态环境效应评估指标体系和方法；

（3）确定生态环境脆弱条件下的水资源调控模型和流域水资源多维调控的决策方法，把水循环过程与调控和水资源优化配置有机地结合起来，实现水资源合理配置理论的新突破；

（4）针对流域水资源紧缺，生态环境脆弱，农业用水浪费，农业节水具有较大潜力的状况，以提高作物水分利用效率、灌溉水利用率和农业用水效益为核心，通过不同尺度作物需水规律与估算模型的研究，建立农业节水的可控指标体系；

（5）结合流域农业种植结构调整，开发主要农作物节水优质高效灌溉技术体系，建立适合流域使用的高效节水灌溉制度和适应流域不同区域气候与水资源特点的节水农业技术体系；

（6）对各种农业节水技术进行筛选与综合集成，建立适合不同区域的农业节水综合技术集成模式，实现农业高效用水理论与技术的创新；

（7）通过不同区域的农业节水综合技术集成模式的示范应用和推广以及水资源调控与农业高效用水保障设备、工程与制度建设，大规模提高流域内的农业用水效率和效益。本研究的内容与总体框架如图1所示。

3.研究的技术路线与试验方法

3.1　技术路线

本项目采取田间定量定位系统监测试验、室内机理试验与应用示范相结合为总的技术路线，并采用田间小区控制试验和理论分析及计算机模拟相结合的研究方法。在中国农业大学与甘肃省武威市水务局等单位合作建设的“石羊河农业与生态节水试验站”进行田间试验。

3.1.1　农作物耗水过程及时空演变规律研究的技术路线

首先利用试验观测资料，对作物需水测定与估算的主要方法进行综合比较，筛选出适宜主要作物的耗水监测方法；根据作物种类和监测技术特点，对监测到的作物耗水进行量化和标准化处理；在典型区进行水分调控试验，运用试验资料，分析不同区域、不同农田水分环境下的农作物耗水规律、棵间土壤蒸发规律和植株茎流变化规律，结合最终的产量与品质测定结果，确定各种作物经济需水指标。通过农田微气象要素、茎液流、土壤水分等环境因子监测，构建单株到群体的农田尺度耗水转换函数；利用遥感数据，通过比较分析不同ET计算方法（地表能量平衡方程和P—M阻力模型），构建融合表面导度模型与P—M公式的流域尺度作物耗水模型；通过确定单点作物耗水量与地理参数之间的关系，得到作物耗水量在不同尺度间的转换函数；结合流域土地利用分类图，得到流域的作物耗水量空间分布，实现由点到面的尺度提升。具体技术路线见图2。

3.1.2　作物节水优质高效灌溉技术体系研究的技术路线

采用田间试验方法，通过对作物耗水、生长指标及品质参数指标的监测，研究不同生育阶段水分控制和不同局部根区调控灌溉对作物生长、产量和品质的调控效应，分析作物产量以及不同品质参数对水分的响应关系，建立作物产量与品质参数对水分的响应函数；应用主成分分析、聚类分析等方法，优选水分敏感型品质指标；通过市场调查、专家打分，并应用模糊数学方法确定不同水分敏感型品质参数的权重，提出不同作物的综合品质评价指标；建立作物综合品质评价指标对水分的响应函数，分析作物水分—品质—产量—效益的耦合关系，构建作物水分—品质—产量—效益综合模型，在此基础上建立依据作物水分—品质—产量—效益综合模型的作物节水优质高效多目标决策方法，确定作物产量与综合品质指标的敏感期，筛选抑制营养生长、诱发补偿生长与提高作物品质的适宜灌溉方式与控制阈值，提出适合西北旱区流域主要作物采用的节水优质高效灌溉模式，与其他农艺技术配套，构建基于作物水分—品质—产量—效益综合模型的节水优质高效灌溉技术体系。具体技术路线见图3。

图1　石羊河流域水资源消耗转化规律及其高效节水调控式研究的总体框架

Fig.1　The overall frame of the research on the transformation of water resources in Shiyang River Basin and its water－controlmode

图2　农作物耗水过程及时空演变规律研究的技术路线

Fig.2　The technical route of research on the crops water consumption procedure and space－time evolution law

3.1.3　面向生态的水资源合理配置的技术路线

首先综合考虑水资源—生态—经济复合系统内的相互关系，提出面向生态的水资源合理配置模型体系，对流域水资源、社会经济和生态环境三个子系统，分别用数学模型加以描述和模拟，再用水资源合理配置模型进行综合集成与优化。社会经济系统模型包括:宏观经济系统模型，社会经济需水预测模型以及社会经济用水效益评价模型；生态系统模型包括:生态系统模型，生态环境需水模型，生态价值估算模型；水资源作为联系社会经济与生态环境的桥梁，通过水资源承载力，水资源合理配置模型以及水资源系统转化模拟模型来描述水资源、社会经济以及生态环境之间的关系。计算单元水资源优化配置与水资源转化模拟模型相耦合，以实现对内陆河流域天然人工二元水循环的模拟优化。具体技术路线见图4。

图3　西北旱区主要作物节水优质高效灌溉技术体系研究的技术路线

Fig.3　The technical route of the efficient irrigation of main crops and water－saving technology system in northwest arid region

图4　面向生态的水资源合理配置的技术路线

Fig.4　The technical route of water resources rational allocation

3.1.4　基于GIS的流域尺度水资源信息管理与决策支持系统研究技术路线

根据系统需求分析结果和确定的研发平台性能设计系统结构，以C＃和Super Map Is.net为主要开发工具，实现信息的计算、查询、统计分析等功能，通过Super Map Is.net及空间数据引擎Super Map SDX＋将空间数据和非空间数据一体化存储到SQL Server关系数据库中，实现海量（矢量、栅格）数据轻松管理和快速发布，采用时空动画技术实现水资源多维信息的动态显示，将数据库存储、W EBGIS、网络技术有机结合，实现水资源时空信息的快速查询和网络发布。流域尺度水资源决策支持系统包括:表现层、业务逻辑层、数据层体系结构，以SQL Server 2005、Geodatabase为属性数据与空间数据管理软件，VS2005.net为前台开发环境，以Arc Engine9.2、Matlab7.7为COM组件，以面向对象的编程语言，开发基于GIS的流域水资源管理系统。系统以可视化手段实现流域水资源管理、灌区管理、对流域径流进行模拟预测，辅助决策者进行面向生态需水的流域水资源合理配置决策，其主要特点在于实现从信息管理到方案决策的一体化功能，以友好的界面形式与高效的后台调用手段，辅助决策者进行高效的水资源管理与决策。具体技术路线见图5。

3.2　试验研究方法

本研究立足野外系统试验及定位监测，考虑流域不同区域的特点，建立了石羊河农业与生态节水试验站、武威市沙漠公园水转化与防风固沙植物耗水试验基地、凉州区皇台葡萄园水转化与节水调质高效灌溉试验基地、阳光小区温室作物节水调质高效灌溉综合技术试验基地、民勤县农业技术推广中心试验站、小坝口灌溉试验站、湖区盐改站试验站、邓马营湖区地下水观测试验站等8个野外试验站（点）（见图6），构成了石羊河流域水资源消耗转化规律与高效节水调控模式试验观测网络，基本能代表流域主要的气候、土壤和农业种植等条件，使试验研究范围辐射到整个石羊河流域。

根据总体研究目标，在上述野外试验站（点）系统开展了地表水—土壤水—地下水转化规律、农田土壤—植物—大气连续体水热迁移转化规律、作物耗水规律与尺度提升、作物节水优质高效灌溉技术、土壤养分运移与水肥耦合效应、防风固沙植物对水盐胁迫的响应与咸水补灌制度等6个大类的31项试验研究。对全流域34个代表性剖面的土壤理化性质及水力参数进行了测定，开展了“不同下垫面条件的土壤水分入渗及蒸发规律试验”、“不同衬砌条件下渠道渗漏水文效应试验”、“农田土壤水分转化与水量平衡”等试验；采用大型称重式蒸渗仪、涡度相关仪、波文比系统、植物生理监测系统和热脉冲与热平衡茎流计监测了春玉米、葡萄、苹果、苹果梨、温室蔬菜及5种典型防风固沙植物（梭梭、柠条、花棒、柽柳、新疆杨）的耗水过程与水热碳通量；依据《灌溉试验规范》（SL13—90和SL13—2004）中试验设计及相关观测标准，开展了“3种主要作物（春小麦、春玉米、棉花），4种大田瓜菜（西瓜、籽瓜、洋葱、辣椒），3种果树（酿酒与鲜食葡萄、苹果、苹果梨），5种日光温室作物（番茄、辣椒、甜瓜、西瓜、甜椒）及1种大田牧草（苜蓿）的耗水规律与节水优质高效灌溉技术试验”，“大田玉米与棉花根系分区交替灌溉试验”，“农田不同覆盖方式的水分温度效应及其对玉米水分利用影响试验”，“不同矿化度咸水灌溉对春小麦、春玉米耗水及土壤环境影响试验”等。通过上述试验，积累了43.65×10⁸个科学试验数据。同时，通过野外调查和考察，收集了石羊河流域8条山水河的径流、流域地下水位、气象、社会经济、灌溉试验、各部门用水、遥感影像、土地利用、数字高程模型等空间信息数据。上述野外定位试验与调查资料为西北旱区流域尺度水资源消耗转化规律与节水调控模式研究提供了可靠的试验数据保障。

图5　基于GIS的流域尺度水资源信息管理与决策支持系统

Fig.5　The river basin water resources information management anddecision supporting system based on GIS

图6　石羊河流域水资源消耗转化规律与节水调控模式试验监测网络

Fig.6　The test monitoring net of water resources consumption and transformation of water－control in Shiyang River Basin

4.主要结果与结论

本研究涉及人类活动和气候变化对石羊河流域径流的影响与模拟，流域地表水—土壤水—地下水转化关系与模拟，流域不同尺度农作物和防风固沙植物耗水规律与估算模型、流域主要农作物和温室蔬菜及特色瓜果的耗水规律与节水优质高效灌溉技术，面向生态的流域水资源合理配置理论与模式，流域水资源管理与节水型社会建设等若干急待解决的科技与生产实际问题，在此基础上进行了流域上中下游不同类型区的农业综合节水技术集成与示范，取得了具有重要创新，并在流域水资源管理与节水农业建设中发挥了重要作用的研究成果，为干旱区立足野外系统定位试验，微观研究与解决区域实际问题相结合，理论研究、技术研发、模式集成以及设备、工程与制度保障建设相结合，依据流域水资源消耗转化规律与生态需水探索流域尺度水资源合理配置与节水高效农业模式的有效途径，取得了显著的经济、社会与生态效益^［2］。

（1）揭示了旱区流域尺度水资源转化与消耗规律，发展了流域水转化的定量模拟方法，为科学评价流域尺度来水与需水变化，以及水资源科学管理提供了理论基础。

通过系统的试验研究，明确了不同耗水测算方法在不同类型农田的应用条件与适用性，揭示了主要农作物和典型防风固沙植物的耗水规律^［3－4］；提出了节水灌溉条件下的作物系数值和非均匀湿润与稀疏冠层条件下的作物耗水估算模型^［5］；在分析流域耗水时空变化特征的基础上建立了基于DEM转换函数和遥感土地利用分布的主要作物耗水空间分布式模型^［6］，提出了典型防风固沙植物耗水估算模型与点面尺度提升方法以及适合西北旱区流域尺度的生态需水估算方法。发现甘肃石羊河流域种植结构变化经济作物比例增大后，单位面积的净耗水显著下降，过去50年流域总净耗水增加5.76亿m³，但单位面积的净耗水明显下降，流域总净耗水增加是由于耕地与灌溉面积急剧增大而造成的^［7］，为流域实施“关井压田调结构”的水资源管理战略提供了重要的科学依据；通过对流域地表水—地下水—土壤水转化的实验与模拟，建立了流域水循环模拟中土壤水分物理参数的单参数模型和土壤转换函数，获得了流域尺度不同土壤水分物理参数的空间分布^［8］；提出了葡萄二维动态根系吸水模型，建立了葡萄园根系分区交替滴灌条件下的土壤水分动态模型（APRI模型）^［9－10］；发展了干旱内陆区融合ANN与数值方法的地下水流模型^{［11－12］}，建立了基于井渠数字化的民勤绿洲地下水位动态FEFLOW模型^［13］，模拟了不同灌溉规模与地表来水量时的区域地下水位动态变化，发现红崖山水库来水2.5×10⁸m³时，民勤绿洲下游地下水位将出现回升趋势，为流域水资源合理配置提供了数据支持。修正了区域水转化模拟的SWAT模型中的蒸散发估算公式，构建了基于SWAT的杂木河流域分布式水文模型^［14］；建立了内陆河流域地表径流预测的分布式神经网络模型，提出了一种定量评价气候变化与人类活动对流域地表径流影响的方法，发现过去50年人类活动对流域出山口径流变化的贡献率为12.1%～35.5%，^［15］模拟了气侯变化和人类活动对石羊河流域来用水变化的影响。

（2）构建了基于生态需水的流域尺度水资源宏观配置与调控模式，开发了相应的决策支持系统，为实施流域水资源统一调配提供了决策支持与可行方案。

建立了流域耗用水变化与农业种植结构和气象要素的关系；提出了旱区流域水资源开发的水土环境效应综合评价指标体系；建立了石羊河流域面向生态需水的水资源合理配置模型^［16］，在考虑全流域地下水均衡及民勤绿洲地下水正均衡的条件下，获得了流域灌溉规模及上中下游用水分配方案、生态与经济用水分配方案以及农业种植结构的优化模式^［17］，为流域水资源的合理配置提供了决策依据；针对在模糊与不确定环境下，灌区种植结构规划存在着系数、目标或约束条件不能被精确定义的问题，为此建立了一种含有模糊系数的模糊多目标规划灌溉决策模型，获得了不同节水灌溉方式下的种植结构优化方案^［18］；在此基础上提出了“兼顾经济生态用水，合理配置有限水量，以水定地适水种植，以田间节水为重点，以减少净耗水为核心，以提高水效益为根本，以水权改革做保证”的干旱区流域尺度水资源高效利用模式；开发了具有径流预测、灌区管理、水资源信息管理以及水资源决策等功能的，基于GIS的流域水资源管理决策的支持系统，将水资源形成转化与消耗的观测与试验数据、空间遥感数据与各种专业模型进行综合集成，不仅为水资源管理和灌区管理部门提供快速查询、辅助决策功能，也为西北旱区流域尺度水资源转化规律与节水调控模式的综合研究提供了共享的数据平台。

（3）提出了大田作物、果树、温室蔬菜、膜下滴灌棉花等四类主要农作物的需水指标与灌溉控制阈值，为流域农业种植结构调整与节水农业建设提供了科学依据与控制指标。

结合流域农业种植结构调整，大力发展酿酒葡萄产业、日光温室蔬菜产业、膜下滴灌棉花产业等的实际需求，通过系统的田间试验研究，在研究小麦、玉米、酿酒葡萄、温室蔬菜、膜下滴灌棉花等主要作物水分生产函数的基础上，对其水分的生产函数特性、作物产量、需水系数与耗水量之间的关系进行分析，得到了上述主要作物全生育期的适宜耗水区间（ET～ET上）。以单方耗水净效益最大为优化准则，确定了不同作物全生育期的经济耗水量（ET经济），经济灌溉与丰水高产灌溉对比，其产量虽然稍有减少，但其减产幅度要小于耗水量的减小幅度，作物水分利用效率可提高20%～30%以上。

（4）构建了大田作物、果树、温室蔬菜、膜下滴灌棉花等四类主要农作物的节水优质高效灌溉综合技术体系，为流域节水农业建设提供了技术支撑。

针对石羊河流域调整农业种植结构，发展酿酒葡萄、日光温室蔬菜、膜下滴灌棉花产业的技术需求，通过田间系统试验研究，对大田作物、果树、温室蔬菜、膜下滴灌棉花等作物，建立了综合利用作物生理补偿、生长冗余调控、控水调质和有限水最优分配等原理的节水优质高效灌溉综合技术体系，节水和品质改善效果显著^［19］；在建立特色经济作物水分—单一品质指标响应关系和构建综合品质指标评价方法的基础上，提出了基于特色经济作物水分—综合品质—产量—效益耦合关系的特色经济作物节水调质高效灌溉多目标决策方法与综合调控技术体系^［20］。针对石羊河流域霜期较早的特殊气候条件，提出了玉米、瓜类等作物前后期联合控水的节水优质高效灌溉综合技术体系；通过“合理推迟头水、适当提前末水、最优分配有限水”，结合“垄植覆盖、足墒播种、合理密植”，玉米节水20%；大田西瓜在当地灌水定额基础上，座果—膨大期减少1/3灌水量，可显著提高其V_c含量和可溶性固形物含量，产量提高8%左右，水分利用效率提高12%～15%。提出的沟灌和滴灌条件下，基于作物水分—综合品质—产量—效益耦合关系的酿酒葡萄节水调质高效灌溉技术体系^［21］，通过“前期促萌发、中期控营养生长，后期以水调质”，全生育期亩节水40～60m³。针对石羊河流域主要日光温室蔬菜作物番茄与辣椒，以节水、丰产、优质、高效为调控目标，获得了番茄“苗少—花适—熟丰”与辣椒“苗少—花少—熟丰”的节水调质高效灌溉综合技术体系，在冬春季和越冬季番茄产量保持180t/hm²和285t/hm²不降低的情况下，分别节水1530m³/hm²和1920m³/hm^2［22］；日光温室辣椒滴灌和沟灌产量分别为112.5t/hm²和123t/hm²，分别减少灌水4035m³/hm²和2460m³/hm²。针对石羊河流域霜期较早的特殊气候以及下游苦咸水区特殊的水源条件，以提高霜前花比例和水分利用效率与效益为核心，提出了棉花节水调质高效灌溉综合技术体系，通过“缓现蕾水、保花铃水、免吐絮水”，配套采用“免冬储水、干播湿出、地膜覆盖、矮杆密植”，膜下滴灌棉花节水2550m³/hm²，皮棉产量提高31.9%；隔沟交替灌溉覆膜棉花在基本保持产量不降低的条件下，其霜前花产量提高了35.5%，改善了皮棉品质^［23］。

（5）集成了适合流域上、中、下游采用的三种不同类型区域的农业高效节水综合技术集成模式，为流域节水农业建设提供了示范样板。

根据石羊河流域水土资源特点和水资源管理的实际需要，针对过去只注重考虑局部节水效应、不考虑上下游水转化关系、就节水谈节水的状况，强调在考虑流域水循环过程和生态需水的基础上，科学确定全流域不同地区适宜的农业节水模式；针对过去盲目追求高标准渠道防渗的状况，强调减少全流域作物总耗水ET和提高WUE的真实节水，更加关注农艺与生物节水在解决流域缺水问题中的作用，在不同区域多种单项技术应用筛选的基础上，构建了“以提高有限降水效益为核心的，流域上游集雨高效利用综合节水技术集成模式”、“以降低单位面积灌溉定额为重点的，流域中游渠灌高效节水综合技术集成模式”、“以控制灌溉面积为重点的，流域下游井灌高效节水综合技术集成模式”，在生产实际中发挥了重要的作用。

（6）研发了三种流域水资源调控与农业高效用水的控制设备，为流域水资源调控与农业高效用水提供了设备保障。

研制了控制地下水利用的IC智能取水计量系统和新型渠道量水装置，通过安装IC卡和建设渠道量水设施，建立了流域内地下水、地表水取水许可和开采计量的用水监控管理系统，提高了地下水开采计量的科学性和准确性，解决了以往地下水开采控制和收费难以及地表水难以量水到户的问题，实现了地表水和地下水取水许可和开采计量，为落实流域分水方案以及强化管理提供了技术保障；开发了一种适合干旱区的棵间土壤蒸发测定设备；研制了新型根系分区交替灌溉控制装置等，实施小定额灌溉的控制与保障设备，为实现农业高效用水提供了设备保障。

（7）实施与制定了三类流域农业高效用水保障工程建设与运行标准。

结合流域重点治理，大规模建设了新型渠道输水工程、田间节水工程以及温室滴灌节水工程三类流域农业高效用水保障工程；考虑灌水技术、机耕条件、林带建设和道路通畅等因素，提出了综合设计田间工程、田块尺寸的集成方法；研究总结出了适合日光温室不同作物栽培方式的滴灌工程毛管优化布置方式，制定了新型渠道输水工程、田间节水工程以及温室滴灌节水工程的建设与运行标准，并已作为地方标准颁布实施。

（8）建立了三种石羊河流域水资源合理调控与高效利用的保障制度。

建立了三种流域水资源合理调控与高效利用的保障制度，在通过“关井压田”压缩流域灌溉规模的基础上，基于水资源合理高效利用，提出了农业种植结构优化与调整模式；建立了能够实现“流域管理与行政管理相结合、行政管理服从流域管理”模式的，水资源七级分配体系以及水权管理制度，促进了流域水权改革，保障了流域分配方案的顺利实施；完善了用水户参与式管理，通过组建农民用水者协会，使农民参与灌区水管理，可充分调动用水户参与节水型社会建设、加快灌区末端渠系配套设施建设的积极性，通过“总量控制、定额管理、以水定植、配水到户、超用加价、以水定电、以电控水”的管理制度改革，大幅度提高了水的利用效率，为实现流域水资源可持续利用提供了制度保障。

（9）组织了农民培训与不同区域农业节水综合技术集成示范及推广应用，取得了显著的经济、社会与生态效益。

探索了以政府主管部门推进为主导、以高校和地方科研与农业技术推广部门为依托、以节水试验示范网络为纽带，以流域不同类型区综合节水技术集成模式示范点为核心示范区的“政府主管部门＋中央高校科研基地＋地方农业与水利技术推广中心＋核心设备开发公司＋先进节水灌溉技术示范点＋科技示范农户”的技术体系开发与区域联合示范推广模式。先后召开节水技术与生产实际对接的研讨会2次，举办面向政府管理和技术人员的现代节水技术培训班10余期，培训各类技术人员3000余人次；举办面向农民的培训班2677场（次），培训农民18.95万人次，编写印发各类实用技术指南与培训教材22.4万册，累积示范与辐射应用17.46hm²（261.94万亩），年均节水1.184亿m³，使流域下游民勤盆地局部生态环境得到显著改善，生态植被得到有效恢复，取得了显著的经济、社会与生态效益。

（中译英:王丽霞，付恒阳检）

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【注释】

[1]作者简介:康绍忠，中国工程院院士。中国农业大学教授、博导，中国农业土工程专业委员会主任。